水運工程施工危險源信息化預警控制系統(tǒng)

張霞，徐暉

（1.交通部水運科學研究院，北京 100088；2.長安大學，陜西 西安 710064）

0 引言

國內(nèi)外多年的統(tǒng)計資料表明，施工項目中安全事故的發(fā)生率較高，由于事故帶來的損失較大[1-2]，因此安全管理顯得十分重要。施工項目的安全管理往往從消除危險源或降低危險源所帶來的風險入手[3]。危險源是導致事故的根源，其定義為可能導致人員傷亡或物質(zhì)損失事故的、潛在的不安全因素[4]。

水運工程施工危險源具有點多、面廣、影響因素復雜、辨識不易等特點，容易引發(fā)重大事故[5]，因而其管理工作難度大且效果往往不夠理想。

如何提高其危險源管理的效果和效率，成為亟待解決的問題，信息技術的利用可以提供幫助。國外建筑行業(yè)施工安全管理的信息化程度較高[6]，20世紀80年代，美國就曾推出施工安全管理專家系統(tǒng)[7]，施工危險源管理進入信息化時代。2000年，Richard Coble提出了利用網(wǎng)絡技術實現(xiàn)項目進度計劃與安全管理相結合的理論[8]，強調(diào)了網(wǎng)絡技術的應用。而國內(nèi)建筑行業(yè)尤其是水運施工企業(yè)在危險源管理的信息技術應用方面仍相對落后。

本文基于信息技術提出了建立水運工程施工危險源信息化預警控制系統(tǒng)的設想，以期為水運施工企業(yè)安全管理系統(tǒng)的發(fā)展提供依據(jù)。

1 水運工程施工危險源的預警管理

水運工程施工危險源的預警管理，就是通過科學的管理手段實現(xiàn)施工危險源的監(jiān)控、預測和評價、控制。監(jiān)控：對施工過程進行監(jiān)測，判斷日常活動過程與結果是否滿足管理目標的預期要求；預測和評價：根據(jù)監(jiān)控結果，通過判斷危險源所處的狀態(tài)，來確定施工過程處于“事故狀態(tài)”或“正常狀態(tài)”；控制：由預測和評價結果，做出相應的應對措施，即，在確認事故隱患發(fā)生的情況下，采取既定手段調(diào)控其運行過程，使之恢復正常狀態(tài)。

建立危險源預警管理系統(tǒng)將有效地改變水運工程安全監(jiān)督管理模式，加強內(nèi)部監(jiān)督制約機制。

2 水運施工危險源信息化預警控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的概念

信息技術（Information Technology）是利用計算機和現(xiàn)代通訊手段獲取和處理信息等技術的總稱。

水運施工危險源信息化預警控制系統(tǒng)，就是將信息技術應用于水運工程施工危險源的預警管理，把施工過程中危險源的監(jiān)控、預測、評價、控制等管理要素標準化、程序化，并結合網(wǎng)絡技術統(tǒng)一與中心計算機進行管理的系統(tǒng)。這里的信息技術主要包括數(shù)字監(jiān)控技術、網(wǎng)絡技術和軟件技術。

信息技術的運用，可以有效地實現(xiàn)對點多、面廣、量大的水運工程施工危險源的統(tǒng)一管理，提高管理效率，并將改變安全監(jiān)管部門過去那種看報告、聽匯報、下基層視察等原始工作方法，實現(xiàn)從對具體項目安全生產(chǎn)狀態(tài)的具體管理轉變到對施工企業(yè)安全生產(chǎn)行為的管理，使整體的水運施工危險源管理走向規(guī)范化、制度化和標準化。

2.2 系統(tǒng)建立的基礎

該系統(tǒng)模型的建立要解決以下幾個問題：

1）信息的收集和處理。進行危險源相關信息的收集和處理，并把它們輸入計算機，包括：危險源信息清單、預防措施、處理和解決方案等。

2）軟件技術。利用軟件技術將危險源的管理要素有機結合。軟件的編制要由軟件公司和水運工程安全管理的研究部門共同開發(fā)。

3）硬件設施的配備。包括：計算機和相應的配套設施，例如網(wǎng)絡通信設施、數(shù)字監(jiān)控設備等。

2.3 信息處理技術

危險源相關信息處理有兩個環(huán)節(jié)：①準備階段。建立危險源信息庫，將危險源的相關信息根據(jù)不同工程和施工工序分類，以模塊的型式存儲入計算機。②危險源辨識與評估階段。進行數(shù)據(jù)庫中未知危險源的辨識與評價。

2.3.1 水運工程施工危險源的辨識

危險源辨識應選擇適于建立體系的方法：

1）對生產(chǎn)組織進行調(diào)查研究，包括：與現(xiàn)場有經(jīng)驗的人員詢問、交談；查閱相關記錄；現(xiàn)場觀察和填寫安全檢查表；成員工作任務分析等。

2）獲取相關的外部信息：從有關類似組織、文獻資料、專家咨詢等方面獲取有關危險源信息。

3）危險與可操作性研究 （hazard and operability study）：通過指導語句和標準格式尋找工藝偏差，以辨識系統(tǒng)存在的危險源。

4）事件樹分析（event tree analysis）：從初始原因事件起，分析各環(huán)節(jié)事件“正?！被颉笆А钡倪^程，并預測各種可能的結果，通過對系統(tǒng)各環(huán)節(jié)事件的分析，辨識危險源。

5）故障樹分析（FTA）：根據(jù)系統(tǒng)可能發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的事故結果，去尋找與事故發(fā)生有關的原因、條件和規(guī)律，辨識有關危險源。

為建立危險源信息庫組織危險源的辨識時，需綜合運用以上方法，以全面地識別危險源。

2.3.2 水運工程施工危險源的評價

危險源的危險性評價方法分為定性評價、定量評價和綜合評價。綜合評價結合定性和定量評價方法，綜合考慮施工工藝、設備、環(huán)境、管理等方面，從整體出發(fā)，對系統(tǒng)危險源進行危險性評價。

適用水運工程施工危險源評價的方法很多，建立危險源信息庫時，可主要采用模糊綜合評價法，其他1～2種方法輔助。進行未知危險源評價時，則要根據(jù)危險源及施工工藝的特點選擇方法。表1歸納了常用方法的評價目標、方法特點、應用條件及水運工程施工危險源適用性評價。

2.4 水運施工危險源預警管理系統(tǒng)模型

2.4.1 總體模式

水運工程施工危險源信息化預警管理系統(tǒng)以施工項目危險源信息的數(shù)字化數(shù)據(jù)處理模型和危險源的綜合辨識、評價方法為核心，由監(jiān)控平臺、管理平臺兩大模塊組成。監(jiān)控平臺由危險源監(jiān)控系統(tǒng)、危險源辨識系統(tǒng)和危險源評價系統(tǒng)組成；管理平臺包含日常管理模型、組織管理模型、危機管理模型3部分。系統(tǒng)模塊之間通過網(wǎng)絡通信平臺進行信息的傳遞，同時借助網(wǎng)絡通信技術實現(xiàn)系統(tǒng)和企業(yè)管理系統(tǒng)以及相關外部信息進行信息的溝通。危險源信息化預警管理系統(tǒng)構造如圖1所示。

圖1 水運施工危險源信息化預警管理系統(tǒng)

系統(tǒng)打破了以往通常以算法為主干的模式，采用以數(shù)據(jù)為中心的方式，同時，以模塊的形式處理不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，使得算法可配置系統(tǒng)，以獲得更多的靈活性。這種靈活性可以更好地適應監(jiān)控內(nèi)容的改變，隨著施工項目的變化，像組裝的電腦一樣為系統(tǒng)配備合適的監(jiān)控平臺和管理平臺，同時也可以方便地為系統(tǒng)更新。

對于確定的施工項目，模塊更換并不是很頻繁，提高了整體的運算速度。

2.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控的任務有兩個：一是過程檢測，即對監(jiān)測對象的活動進行全過程監(jiān)視；二是對大量的監(jiān)測信息進行處理，包括整理、分類、存儲、傳輸、建立信息檔案，進行歷史的和技術的比較，確定常態(tài)和非常態(tài)，對于非常態(tài)的檢測特性進行報告（進入下一個系統(tǒng)——辨識系統(tǒng)）。

表1 危險源評價方法比較

過程檢測可分為3個階段，在系統(tǒng)編制的初級階段，通過監(jiān)控室內(nèi)安全員的輸入解決和中心計算機的對話；隨著技術的方案，有望實現(xiàn)辨識方式的智能化，即通過監(jiān)控機器人識別并直接和計算機對話來完成監(jiān)控過程。

初級階段，為了方便和降低技術難度，可統(tǒng)一對危險源辨識庫中的危險源進行編碼，對出現(xiàn)的異常情況同編碼進行對應，這個時期將編碼作為人機傳遞的語言。評估施工方案時，需對方案進行分析，并將相關危險源編碼化。

發(fā)展階段，實現(xiàn)人機對話，計算機對輸入的信息自動識別。如果輸入的信息為施工方案或者模擬的施工過程，就可以完成方案的評估。

高級階段，智能化系統(tǒng)階段，監(jiān)控系統(tǒng)自動完成識別以及和中心計算機的對話功能，實現(xiàn)自動化管理。

監(jiān)控系統(tǒng)幫助安全員和安全監(jiān)理對現(xiàn)場的全面控制，實現(xiàn)足不出戶的現(xiàn)場管理和提前預警。

2.4.3 危險源辨識系統(tǒng)

監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，通過對話功能傳遞至危險源辨識系統(tǒng)。危險源辨識系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 危險源辨識系統(tǒng)

危險源辨識庫提供了基本數(shù)據(jù)資料，將水運工程施工危險源信息按不同的施工工序分層次保存，水上作業(yè)的層次劃分如表2所示。危險源信息包括所屬工序、所屬工藝、危險性等級。危險性等級的劃分為：5.極其危險；4.高度危險；3.顯著危險；2.一般危險；1.稍有危險。

危險源辨識庫的數(shù)據(jù)來源于以往的相關研究，并通過各個施工項目的進行不斷完善，國家安全網(wǎng)絡的建設則可以集合全國的危險源信息。

專家支持系統(tǒng)是施工項目危險源辨識庫的“智能”組成部分，主要包含“專有”的專業(yè)信息，它的知識庫有眾多安全專家的安全管理經(jīng)驗和技巧，利用系統(tǒng)分析方法，判斷監(jiān)控中的異常情況是否需要評估，報告給評估系統(tǒng)。

表2 其它海上作業(yè)危險源辨識清單

2.4.4 危險源評估系統(tǒng)

危險源評估系統(tǒng)結構如圖3所示。危險源評估系統(tǒng)的信息核心是系統(tǒng)的通信中心，在收到辨識系統(tǒng)的報告后，將報告情況發(fā)送到專家系統(tǒng)進行方法選擇和經(jīng)驗判斷，然后進行如層次分析法、模糊綜合評價方法等的計算來對系統(tǒng)危險源進行評價，評價結果反饋到專家系統(tǒng)，進行判斷，確認結果可靠后將結果傳遞回信息核心。在系統(tǒng)危險源評價過程中，經(jīng)過評價指標體系的確立、評價指標權重的設定和計算，綜合評判危險源的危險性等級。

圖3 危險源評估系統(tǒng)

2.4.5 管理平臺

危險源信息化預警控制系統(tǒng)的目標，是實現(xiàn)對各種危險源的早期控制，并能在嚴重的事故形勢下實施危機管理。系統(tǒng)的管理平臺包括組織管理、日常管理、危機管理3個管理活動階段。

1）組織管理。正常的施工進度和施工計劃。

2）日常管理。包括兩個方面，一是日常對策，二是危機模擬。日常對策針對危險源進行糾正活動，防止其發(fā)展為事故，逐漸使其恢復到正確狀態(tài)。危機模擬，是在日常對策活動中發(fā)現(xiàn)事故因素難以有效控制，因而對可能的危機狀態(tài)進行假設與模擬的活動，以此提出對策方案，為進入危機管理階段做好準備。

3）危機管理。危機管理是一種“例外”性質(zhì)的管理，是只在特殊情況下才采用的特別管理方式。它是在施工管理平臺已無法控制事故狀態(tài)情況下，以特別的危機計劃、領導小組、應急措施，介入施工活動的管理過程。

評估系統(tǒng)做出評價結果以后，報告給管理平臺，管理平臺根據(jù)報告的危險性等級選擇管理模式：5，進入危機管理；4，停工并進入日常管理；2或3，進入日常危險源管理；1或未接到異常報告，則進行組織管理。

2.5 監(jiān)控設備

實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控，首先要有監(jiān)控設備。監(jiān)控設備包括兩部分，一是監(jiān)視設備，其布置應能滿足監(jiān)視整個施工現(xiàn)場的需要；二是設備的監(jiān)測設施，即對關鍵機械和施工車輛、船舶的監(jiān)測。

軟件系統(tǒng)通過計算機控制監(jiān)控設備，尤其是發(fā)展到自動化管理階段時，設備和軟件要實現(xiàn)無縫相接。

3 結語

水運工程施工危險源點多、面廣，影響因素復雜、辨識不易，由于施工狀態(tài)的變化性，其管理是個動態(tài)過程。構建危險源信息化預警控制系統(tǒng)，可以建立快速反應機制，并最終實現(xiàn)管理的自動化，時時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患并采取相對措施，最大限度地制止安全事故的發(fā)生。

此外，系統(tǒng)可以實現(xiàn)危險源信息共享，向缺乏安全經(jīng)驗的人員提供經(jīng)驗信息，為項目部間甚至施工企業(yè)間交流危險源控制和管理經(jīng)驗提供信息平臺。

總之，該系統(tǒng)的建立對于規(guī)范施工現(xiàn)場業(yè)務流程，提升水運施工企業(yè)安全生產(chǎn)的管理水平，以及最終實現(xiàn)施工企業(yè)的信息化管理將有重要意義。

[1]Sherrill R.Loss Control Comes of Age[J].Professional Safety，1980，25（9）：15-18.

[2]方東平，黃新宇.建筑業(yè)安全事故經(jīng)濟損失研究[J].建筑經(jīng)濟，2000（3）.

[3]董大旻.建筑施工安全生產(chǎn)中的危險源管理研究[D].同濟大學，2007.

[4]Willie Hammer，Dennis Price.職業(yè)安全管理與工程（5版）[M].北京：清華大學出版社，2003.

[5]張霞.港口施工危險源評價方法應用研究[D].北京：首都經(jīng)貿(mào)大學，2009.

[6]田元福.建筑安全控制及其應用研究[D].西安建筑科技大學，2004，

[7]徐偉.建筑工程施工的智能方法[M].上海，同濟大學出版社，1997.

[8]Richard J Coble.Jimmie Hinze，Theo C Haupt.Construction Safety and health management[M].New Jersey：Prentice Hall，2000.